Las Cumbres-sterrewag en Hubble-ruimteteleskoop kleursamestelling van die elektronvasvangsupernova 2018zd (die groot wit kolletjie aan die regterkant) en die gasheersterreaksie NGC 2146 (na links). Krediet: NASA/STScI/J. DePasquale; Las Cumbres-sterrewag
'n Wêreldwye span onder leiding van wetenskaplikes by Las Cumbres-sterrewag het die eerste oortuigende bewyse vir 'n nuwe tipe sterontploffing ontdek - 'n elektronvasvangsupernova. Terwyl hulle al 40 jaar teoretiseer is, was werklike voorbeelde ontwykend. Daar word vermoed dat hulle voortspruit uit die ontploffings van massiewe super-asimptotiese reuse-tak (SAGB) sterre, waarvoor daar ook min bewyse was. Die ontdekking werp ook nuwe lig op die duisendjarige raaisel van die supernova vanaf AD 1054 wat bedags oor die hele wêreld gesien is, voordat dit uiteindelik die Krapnewel geword het.
Histories was daar twee hoof supernovatipes. Een is 'n termonukleêre supernova - die ontploffing van 'n wit dwergster nadat dit materie in 'n binêre sterstelsel gekry het. Hierdie wit dwerge is die digte askerne wat oorbly nadat 'n laemassa-ster (een tot ongeveer 8 keer die massa van die son) die einde van sy lewe bereik het. Nog 'n hoof-supernova-tipe is 'n ysterkern-ineenstortingsupernova waar 'n massiewe ster - een meer as ongeveer 10 keer die massa van die son - se kernbrandstof opraak en sy ysterkern ineenstort, wat 'n swartgat of neutronster skep. Die elektronvangsupernovas is op die grenslyn tussen hierdie twee tipes supernovas. Die sterre stop samesmelting wanneer hul kern van suurstof, neon en magnesium gemaak is; hulle is nie massief genoeg om yster te skep nie.
Terwyl swaartekrag altyd probeer om 'n ster te verpletter, is wat die meeste sterre daarvan weerhou om in duie te stort, óf voortdurende samesmelting, óf in kerns waar samesmelting gestop het, die feit dat jy die atome nie stywer kan pak nie. In 'n elektronopvangsupernova word sommige van die elektrone in die suurstof - neon - magnesiumkern in hul atoomkerne ingeslaan, in 'n proses wat elektronopvang genoem word. Hierdie verwydering van elektrone veroorsaak dat die kern van die ster onder sy eie gewig buig en ineenstort, wat 'n elektronvangsupernova tot gevolg het.
As die ster effens swaarder was, kon die kernelemente saamgesmelt het om swaarder elemente te skep, wat sy lewe verleng het. Dit is dus 'n soort van omgekeerde Gouelokkies-situasie: die ster is nie lig genoeg om te ontsnap dat sy kern ineenstort nie, en is ook nie swaar genoeg om sy lewe te verleng en later op verskillende maniere te sterf nie.
Dit is die teorie wat begin 1980 geformuleer is deur Ken'ichi Nomoto van die Universiteit van Tokio, en ander. Oor die dekades heen het teoretici voorspellings geformuleer van waarna om te soek in 'n elektronvasvangsupernova en hul SAGB-ster-voorouers. Die sterre moet baie massa hê, baie daarvan verloor voordat dit ontplof, en hierdie massa naby die sterwende ster moet van 'n ongewone chemiese samestelling wees. Dan behoort die elektronvasvangsupernova swak te wees, min radioaktiewe uitval te hê en neutronryke elemente in die kern te hê.
Kunstenaarsindrukke van 'n super-asimptotiese reuse-takster (links) en sy kern (regs) wat uit suurstof (O), neon (Ne) en magnesium (Mg) bestaan. 'n Super-asimptotiese reuse-takster is die eindtoestand van sterre in 'n massareeks van ongeveer 8-10 sonmassas, waarvan die kern druk is wat deur elektrone (e-) ondersteun word. Wanneer die kern dig genoeg word, begin neon en magnesium elektrone opvreet (sogenaamde elektronopvangreaksies), wat die kerndruk verminder en 'n supernova-ontploffing in die kern veroorsaak. Krediet: S. Wilkinson; Las Cumbres-sterrewag
Die nuwe studie, gepubliseer in Natuur Sterrekunde, word gelei deur Daichi Hiramatsu, 'n gegradueerde student aan die Universiteit van Kalifornië, Santa Barbara (UCSB), en Las Cumbres Observatory (LCO). Hiramatsu is 'n kernlid van die Global Supernova Project, 'n wêreldwye span wetenskaplikes wat tientalle teleskope regoor en bo die wêreld gebruik. Die span het gevind dat die supernova SN 2018zd baie ongewone eienskappe gehad het, waarvan sommige vir die eerste keer in 'n supernova gesien is.
Dit het gehelp dat die supernova relatief naby was – slegs 31 miljoen ligjaar weg – in die sterrestelsel NGC 2146. Dit het die span in staat gestel om argiefbeelde te ondersoek wat geneem is voor die ontploffing van die Hubble-ruimteteleskoop en om die waarskynlike stamvaderster op te spoor voordat dit ontplof het. Die waarnemings was in ooreenstemming met 'n ander onlangs geïdentifiseerde SAGB-ster in die Melkweg, maar nie in ooreenstemming met modelle van rooi superreuse, die stamvaders van normale ysterkern-ineenstortingsupernovas nie.
Die studie het deur alle gepubliseerde data oor supernovas gekyk en gevind dat hoewel sommige van die aanwysers wat voorspel is vir elektronvangsupernovas gehad het, slegs SN 2018zd al ses gehad het - 'n oënskynlike SAGB-voorvader, sterk pre-supernova-massaverlies, 'n ongewone ster chemiese samestelling, 'n swak ontploffing, min radioaktiwiteit en 'n neutronryke kern.
"Ons het begin deur te vra 'wat is hierdie vreemdeling?'" het Hiramatsu gesê. "Toe het ons elke aspek van SN 2018zd ondersoek en besef dat hulle almal in die elektronopvangscenario verduidelik kan word."
Die nuwe ontdekkings belig ook 'n paar raaisels van die bekendste supernova van die verlede. In 1054 nC het 'n supernova in die Melkweg-sterrestelsel plaasgevind, en volgens Chinese en Japannese rekords was dit so helder dat dit 23 dae lank bedags gesien kon word, en snags vir byna twee jaar. Die gevolglike oorblyfsel, die Krap-newel, is in groot detail bestudeer. Dit was voorheen die beste kandidaat vir 'n elektronvasvangsupernova, maar dit was onseker deels omdat die ontploffing byna 'n duisend jaar gelede plaasgevind het. Die nuwe resultaat verhoog die vertroue dat die historiese SN 1054 'n elektronvangsupernova was. Dit verduidelik ook hoekom daardie supernova relatief helder was in vergelyking met die modelle: sy helderheid is waarskynlik kunsmatig verbeter deur die supernova-uitwerpsel wat gebots het met materiaal wat deur die stamster afgestuur is, soos gesien is in SN 2018zd.
Dr. Ken Nomoto by die Kavli IPMU van die Universiteit van Tokio was opgewonde dat sy teorie bevestig is, en het bygevoeg "Ek is baie bly dat die elektronvasvangsupernova uiteindelik ontdek is, wat ek en my kollegas voorspel het om te bestaan en 'n verband het. na die Krap-newel 40 jaar gelede. Ek waardeer baie die groot pogings daaraan verbonde om hierdie waarnemings te bekom. Dit is ’n wonderlike geval van die kombinasie van waarnemings en teorie.”
Hiramatsu het bygevoeg, "Dit was so 'n 'Eureka-oomblik' vir ons almal dat ons kan bydra om die 40 jaar oue teoretiese lus te sluit, en vir my persoonlik omdat my loopbaan in sterrekunde begin het toe ek na die pragtige foto's van die Heelal in die hoërskoolbiblioteek, waarvan een die ikoniese Krapnewel was wat deur die Hubble-ruimteteleskoop. "
"Die term Rosetta Stone word te dikwels as 'n analogie gebruik wanneer ons 'n nuwe astrofisiese voorwerp vind," het dr. Andrew Howell, 'n personeelwetenskaplike by Las Cumbres Observatory en adjunk-fakulteit by UCSB, gesê, "maar in hierdie geval dink ek dit is gepas . Hierdie supernova help ons letterlik om duisend jaar oue rekords van kulture regoor die wêreld te dekodeer. En dit help ons om een ding wat ons nie heeltemal verstaan nie, die Krap-newel, te assosieer met 'n ander ding waarvan ons ongelooflike moderne rekords het, hierdie supernova. In die proses leer dit ons van fundamentele fisika: hoe sommige neutronsterre gemaak word, hoe ekstreme sterre leef en sterf, en hoe die elemente waarvan ons gemaak is, geskep en in die heelal versprei word.” Dr. Howell is die leier van die Global Supernova-projek, en die hoofskrywer se PhD-adviseur.
Vir meer oor hierdie navorsing:
Verwysing: "The elektron-capture origin of supernova 2018zd" deur Daichi Hiramatsu, D. Andrew Howell, Schuyler D. Van Dyk, Jared A. Goldberg, Keiichi Maeda, Takashi J. Moriya, Nozomu Tominaga, Ken'ichi Nomoto, Griffin Hosseinzadeh , Iair Arcavi, Curtis McCully, Jamison Burke, K. Azalee Bostroem, Stefano Valenti, Yize Dong, Peter J. Brown, Jennifer E. Andrews, Christopher Bilinski, G. Grant Williams, Paul S. Smith, Nathan Smith, David J. Sand, Gagandeep S. Anand, Chengyuan Xu, Alexei V. Filippenko, Melina C. Bersten, Gastón Folatelli, Patrick L. Kelly, Toshihide Noguchi en Koichi Itagaki, 28 Junie 2021, Natuur Sterrekunde.
DOI: 10.1038/s41550-021-01384-2
DH, DAH, GH, CM en JB is ondersteun deur die US National Science Foundation (NSF)-toekennings AST-1313484 en AST-1911225, sowel as deur die National Aeronautics and Space Administration (NASA)-toekenning 80NSSC19kf1639.
